Про яких частках йде мова і навіщо їх досліджувати
Частково відповіді на ці питання дає курс фізики. Експериментальні методи дослідження частинок - це спосіб побачити те, що недоступно людині навіть при використанні самих потужних мікроскопів. Але про все по-порядку. Елементарна частка - це сукупний термін, під яким маються на увазі такі частинки, які вже не можна розщепити на менші шматочки. Всього фізиками відкрито понад 350 елементарних частинок. Ми більше всього звикли чути про протонах, нейронах, електронах, фотонах, цікавився кварками. Це так звані фундаментальні частинки.Характеристика елементарних частинок
Всі найменші частинки мають одне і теж властивість: вони можуть взаимопревращаться під впливом власного впливу. Одні мають сильні електромагнітні властивості, інші слабкі гравітаційні. Але всі елементарні частинки характеризуються за наступними параметрами:Короткий екскурс в теорію будови речовини
Будь-яка речовина складається з атомів, які в свою чергу мають ядро і електрони. Електрони, подібно до планет в Сонячній системі рухаються навколо ядра кожен по своїй осі. Відстань між ними дуже велика, в атомних масштабах. Ядро складається з протонів і нейронів, зв'язок між ними настільки міцна, що їх неможливо роз'єднати жодним відомим науці способом. В цьому і полягає суть експериментальних методів дослідження часток (коротко).Нам важко це уявити, але ядерна зв'язок перевершує всі відомі на землі сили в мільйони разів. Ми знаємо електромагнітне взаємодія, хімічний, ядерний вибух. Але те, що стримує протони і нейрони в сукупності - це щось інше. Можливо, це ключ до розгадки таємниці виникнення всесвіту. Саме тому так важливо вивчати експериментальні методи вивчення частинок. Численні досліди наштовхнули вчених на думку, що нейрони складаються з ще менших одиниць і назвали їх кварками. Що знаходиться всередині них, поки не відомо. Але кварки - це неразделяемые одиниці. Тобто, виділити одну не виходить ніяким способом. Якщо вчені використовують експериментальний метод дослідження часток з метою виділити один кварк, то скільки б спроб вони не робили, завжди виділяється мінімум два кварка. Це ще раз підтверджує незламну силу ядерного потенціалу.
Які існують методи дослідження часток
Перейдемо безпосередньо до експериментальних методів дослідження часток (таблиця 1).Назва методу
Процес
Принцип дії
Лічильник Гейгера
Світіння (люмінесценція)
Радіоактивний препарат випускає хвилі, завдяки яким відбувається зіткнення частинок і можуть спостерігатися окремі світіння.
Камера Вільсона
Іонізація молекул газу швидкими зарядженими частинками
Опускає з великою швидкістю поршень, що призводить до сильного охолодження пари, яка стає перенасиченим. Крапельки конденсату вказують на траєкторії руху ланцюжка іонів.
Бульбашкова камера
Іонізація рідини
Обсяг робочого простору наповнений гарячим рідким воднем або пропаном, на які впливають під тиском. Доводять стан до перегрітої і різко зменшують тиск. Заряджені частинки, впливаючи ще більшою енергією, змушують водень або пропан закипіти. На тій траєкторії, по якій рухалася частка утворюються крапельки пари.
Метод сцинтиляцій (Спинтарископ)
Світіння (люмінесценція)
Частка викликає спалах світла у люминофоре, яка фіксується фотоумножителем. Імпульс струму посилюється.
Метод товстошарових фотоэмульсий
Іонізація молекул фотоемульсії
В робочу зону поміщають ядерні фотоемульсії. Заряджені частинки, потрапляючи в таке середовище, викликають іонізацію, що приводить до почернению молекул. Після деяких хімічних реакцій трек руху частинок стає видимим.
Як видно, експериментальні методи дослідження часток (Таблиця 1) мають дуже різну природу взаємодії. Деякий з теорій вже застаріли і були вдосконалені сучасними технологіями. Розглянемо кожен з методів більш детально.
Експериментальні методи дослідження частинок. Лічильник Гейгера
Цей прилад став справжнім проривом на початку 20 століття. Але допомагає вивчити тільки електрони. Являє собою металевий циліндр із негативним зарядом. Уздовж його поверхні натягнута тонка дротяна вісь з позитивним зарядом. Прилад підключається до мережі з дуже високою напругою - близько 1000 В, завдяки чому всередині утворюється величезна електричне поле. Тепер цю конструкцію потрібно помістити в герметичну скляну трубку, в якій міститься розріджений газ.Коли молекули газу іонізуються, виникає велика кількість електронно-іонних пар. Чим більше напруга, тим більше виникає вільних пар, поки не досягне піку і не залишиться жодного вільного іона. У цей момент лічильник реєструє частку.